CN1271190A - 在密集区电隔离的连接器 - Google Patents

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CN1271190A CN00106903.9A CN00106903A CN1271190A CN 1271190 A CN1271190 A CN 1271190A CN 00106903 A CN00106903 A CN 00106903A CN 1271190 A CN1271190 A CN 1271190A
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乔斯·L·奥尔特加
斯图阿特·C·斯托纳
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Connector Systems Technology NV
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Abstract

具有一个插头和一个插座的一种连接器系统。插头具有一个插针阵列。模块式的插座包括一个与相邻插针配合面接触的接地插座触头,以及一个与另一个插针接合的信号插座触头。

Description

在密集区电隔离的连接器
本申请涉及了1997年10月1日提出的美国专利申请系列号08/942,084(代理文档号EL-4491/BERG-2422)和1998年3月20日提出的美国专利申请系列号09/045,660(代理文档号EL-4491/BERG-2433)，这两份申请均引入这里作为参照。
本发明一般性地涉及了电连接器。尤其是，本发明涉及了具有密集组装触头元件的电连接器，它能够通过信号而在相邻触头元件之间没有相互干扰。
在电子设备中，需要电连接器来提供信号线路的连接，而信号线路往往相隔得如此紧密，使得由于沿相邻线路传输信号之间的干扰造成了各种困难。
为了尽量减少这些困难，已知在这种连接器中提供接地连接，这种连接有效地用于过滤掉信号之间不希望的干扰。
但是，仅仅接地并不总是足够的，在触头(它们构成通过连接器的信号路线)通过锐角延伸的连接器中，这尤其是这样，因为在这种连接器中相邻信号路线之间的干扰是一个特别大的问题。
在复杂电气和电子设备的单独分组件之间传送电信号的许多情形中，缩小尺寸可大大促进设备或设备某些部分的有效性和方便性。为此，目前已有包括极小导线的电缆，并且实际上制造了精确位于线路板之类上的相隔非常紧密的接线垫。因此希望具有一种缩小尺寸的连接器，来重复、方便和可靠地连接这些电缆和线路板，并且在包括这种连接器在内的线路中，对信号传输具有最小的不利影响。
在高速底板连接器的应用中，希望通过连接器的信号电流之间具有低的相互干扰。另外，还希望有最大的信号密度。低的干扰保证了较高的信号完整性。高的密度增加了可通过连接器的电路数目。
通常采用针孔式的连接器来达到可拆的可靠电接口。另外，提供两个冗余的悬臂式接触点可进一步提高可靠性。常规的方法通常把两个插座悬臂梁放在突出插针或插片的相对两侧。在悬臂梁接合时挠曲运动所确定的平面内，这种180°“对立梁”方法需要具有显著的接合间隙量。此外，由于制造公差，梁的端部从所配合插针或插片中心纵轴朝外弯斜，以防止在初始接合时拔断。这种弹性梁挠曲和捕获突起形成了在“挠曲平面”内的触头间隙要求。这种间隙必须容纳在连接器的插座壳体中，由此成为对提高连接器密度的重大限制因素。
为了达到通过连接器内信号电流的同轴状隔离的最小干扰，希望在沿着整个连接器信号路线(包括接合区)的垂直和水平面中均被隔离。对立的悬臂梁挠曲平面中的间隙要求与垂直和水平电隔离而同时保持或增加连接器密度的要求相矛盾。
在授予Sakurai的美国专利(美国专利号5,660,551)中描述了一种采用“L形”接地触头结构来达到电隔离的方法。沿着连接器插座的长度方向，Sakurai在接地触头体的截面内建立了一个L形。在触头接合区，Sakurai使它过渡成平的常规双悬臂梁插座接地触头，并且依靠转动90°的平突起插片，由此当插片和插座接合时产生了一个L形截面。由于对信号和接地双梁触头的上述挠曲平面间隙问题，这种在触头接合区中L形结构的过渡限制了密度，并且在不能保持完全同轴状隔离的地方，还造成了产生间隙的可能性。另外，在Sakurai专利中，所有四个悬臂梁的挠曲平面均以平行方式定位，由此限制了密度。
沿传输线路传输数据的一种常规方法是公用模式法，它也称为单引出端法。公用模式是指一种传输模式，它传送参照一个电压值的信号值，电压最好是接地，它公用于连接器或传输线路中的其它信号。公用模式传送信号的限制是线路中任何噪声将与信号一起被传送。这种公用模式的噪声经常是由于公共参照平面的电压值不稳定造成，称为接地反弹现象。
沿传输线路传送数据的另一种常规方法是差异模式法。差异模式是指这样的方法，其中一条电压V线路上的信号参照一条传送相补电压-V的线路。适当的电路使这些线路相减，产生为V-(-V)或2V的输出。由于信号相减，在差异信号接收器上任何公用模式的噪声被消除。
在高速直角底板连接器中差异信号配对的实现通常是以列为基础，因为在连接器内各列触头之间要插入在接地电位上的屏蔽层。换句话说，为了改进信号的完整性，常规产品通常采用以列为基础的成对信号设计，如在马萨诸塞州波士顿Teradyne有限公司制造的VHDM产品中建立的设计。在以列为基础的配对信号中，成对差异信号的实际电压和补充电压之间引入了偏移。成对信号之一将比另一个信号较快达到。这种达到时间的差异降低了在差异模式中去除公用模式噪声的效率，并且减慢了差异信号的输出上升时间。因此，由于频宽(它是多少数据可通过传输线路结构的尺度)与上升时间的长度成反比，频宽＝0.35/上升时间，以列为基础的配对信号降低了数据通过量。
虽然电连接器技术已有很大发展，但在该技术中仍留有一些特有的问题，尤其是密集组装的触头元件，它同时要防止相邻触头元件之间的相互干扰。因此，需要一种具有小足迹并保持信号完整性的电连接器。
本发明是指一种电连接器系统，它包括：一个具有许多插针的插头；以及一个插座，插座包括接地插座触头和信号插座触头，接地触头至少与一个插针的非对立配合面接触，信号插座触头与其它插针接触。
按照本发明的另一方面特性，接地插座触头具有L形截面，L形的每一侧具有一个接触点，用于接触至少一个插针的相应配合面。
按照本发明的另一方面特性，接地插座触头和信号插座触头一般是90度偏置的双梁触头。
按照本发明的另一方面特性，信号插座触头与插头上信号插针的非对立侧面接合。
按照本发明的另一方面特性，系统还包括第二接地插座触头，第一和第二接地插座触头以成对差异信号的布局部分地设置在模件中，第二接地插座触头还部分地设置在相邻模件中，第二接地插座触头设置成与第一接地插座触头成镜面关系。
按照本发明的另一方面特性，其中第一接地插座触头接合了与相邻模件中第二接地插座触头的同一个插针。
按照本发明的另一方面特性，其中接地和信号插座触头接合相关的插针而产生一个不平衡力，该不平衡力被邻近接地和信号插座触头产生的另一个不平衡力所抵消，提供了一个平衡的连接器系统。
在属于本发明范围的另一个实施例中，提供了一个接合相配合触头的触头，它包括：在触头第一端上用于相配合触头的配合区，配合区具有L形截面，L形的每个侧面具有一个接触点，用于与相配合触头的相应配合面接触；与配合区对着的接线区；以及在配合区和接线区之间延伸的中间区。
按照本发明的另一方面特性，至少一个接触点设置在侧面的局部小表面上。最好是，另一个接触点设置在从另一侧面悬伸的区域上。更最好是，悬伸区在侧面其余部分之下延伸。
在属于本发明范围内的另一个实施例中，提供一个电连接器并包括：一个插头，它具有基本上为矩形的信号插针第一阵列和基本上为矩形的接地插针第二阵列，第一和第二阵列沿对角线方向相互偏置；一个插座，它包括基本上为矩形的信号插座触头第三阵列(设置成与信号插针的第一阵列配合)和基本上为矩形的接地插座触头第四阵列(设成与接地插针的第二阵列配合)，第三和第四阵列沿对角线方向相互偏置；最好是，每个信号插座触头具有一个L形截面，每个接地插座触头具有一个L形截面，L形的每个侧面具有一个接触点，至少与相应接地插针的相应配合面的两个非对立配合面相接触，侧面之一一般是平面。
从以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的以上及其它方面特性将变得很明显。
图1A和1B是本发明典型连接器的透视图，分别具有配合和非配合的部分；
图2是本发明插头壳体中典型插针布局的透视图；
图3是本发明典型接地插针的透视图；
图4是本发明典型信号插针的透视图；
图5A是本发明插入壳体中几行触头的透视图；
图5B是本发明图5A触头插入另一个壳体中的透视图；
图6A和6B是本发明典型信号插座触头的透视图；
图7A，7B和7C是本发明典型接地插座触头的透视图；
图8A是本发明一对典型信号插座触头行的透视图；
图8B是本发明图8A触头行的透视图，在触头上具有一个外模和一个附加壳体；
图9A是本发明图8A触头行的透视图，具有一对典型接地插座触头行；
图9B是图9A触头行的详图；
图9C是本发明图9A增加触头行的透视图；
图9D是本发明几对典型接地触头行的透视图，具有相应的典型接地插针；
图9E和9F是本发明一对典型插孔连接器，每一个包括具有相应插针的一个信号插座触头和一个接地插座触头；
图10表示了本发明成对差异信号布局的力图。
本发明是指一种外形紧凑的电连接器，它提供了信号连接的同轴状电隔离。本发明依靠对在水平和垂直平面内触头的隔离，以最小的外形尺寸提供了触头接合区内信号隔离的完整性。
图1A是本发明高速传输连接器的第一个实施例透视图，插头和插座部件被分开。图1B是把插头和插座装配一起的图1A连接器透视图。直线型的插头10包括一个插头壳体12以及信号传输线路的插针(公触头)15和接地线路的插针(公触头)17。这些插针15和17将参照图3和4在以下说明，它们设置在相应连接器10的插头壳体12上，相应于插座50上接地和信号插座触头的布局。插座50最好包括装配成插座壳体52的插孔壳体150，160。每个壳体最好是模制，采用如高温热塑性的塑料。插针15，17最好采用磷青铜或铍铜优选材料压制和成形。插头10可包括适当的屏蔽层。插头10可装在或连接在如母板的第一电路板上。
图2是本发明插头壳体12中典型插针布局的透视图。信号插针和接地插针的接线区202从插头伸出，与诸如中板或底板的线路板接合。信号插针和接地插针的配合区204从壳体12向前伸出，并最终伸入插座50中。对于理解本发明来说，已不需要再详细地描述插头组件。
图3是本发明典型接地插针一部分的透视图。接地插针17最好包括具有精压配合面18a，18b的配合梁18。配合梁18的相邻面18a，18b(18a是底面)与接地插座触头(在图7A所示的接触点70和72上)相接触。配合梁18从插头(图1A中的件10)底部伸出。接地插针还具有尾区(参见图1B)，它背对着插座壳体从插头壳体中伸出，例如插入一块印刷线路板中。
图4是本发明典型信号插针的透视图。信号插针15也设置在插头底部。与插针17一样，插针15具有相邻的配合面22，24。
插头10与插座50配合。插座50可装在如一块子板的第二线路板上。插头10和插座50相互连接了母板和子板。
插座50是模块式连接器，由并排设置的一系列模件101形成。引入壳体150和第二壳体160与模件101接合，并且还相互接合，形成了插座50。
图5A是依靠相应零件(如一个突起和凹槽)的接合，插入插座壳体150的几行模件透视图。图5B是并排放置的两个插座50的透视图。每个插座50可具有一个前壳体150和一个后壳体160。带插孔的插座壳体150，160最好由塑料制成。
壳体150具有前面151和从前面151各边伸出的侧壁153。前面151和各侧壁153形成了一个开敞的内部，模件101的前区位于其中。面对着开敞内部的一个壁153表面上可包括许多槽(图中未示)，它们接纳了模件101上用于对准的凸肋111。
前面151具有引入开孔155，157的阵列，它们相应于插头10的插针15，17布局和相应于模件101中触头55，57的布局。壳体150可以具有在壁153上的突起158，它们在插入时进入插头10中的对准槽(参见图2)。壳体150还可具有在壁153上的凸块159，它与壳体160上的锁定结构(参见图1A)接合。
壳体160一般为U形，具有顶壁161和侧壁163。顶壁161的下侧可包括许多槽(图中未示)来接纳模件101的凸肋111。侧壁163具有装到子板上的支柱165，以及与壳体150固定的锁孔167。一旦与壳体150固定，壳体160卡住了在壳体150，160之间的模件101，以形成插座50。
现来说明模件101。每个模件101包括前壳体100、后壳体110、信号触头55和接地触头57。
图6A和6B是本发明典型信号插座触头的透视图。最好是，触头55具有L形的结构48，它与插针15的非对立表面，具体说是与相邻表面22，24相接合。L形区48的前端具有从L形区48伸出的一对臂51。臂51具有扩张端45，47，提供了与相应插头插针配合的表面。臂51的主要表面与插针15接合。触头55的中间区54具有方形截面。触头55的固定区或后端区具有弯角形接线柱，分别用接线端53装到印刷线路板上。
图7A，7B和7C是本发明典型接地插座触头的透视图。接地插座触头57与接地插针17的两个非对立表面接合。最好是，触头57为L形，以便在配合梁18的两个相邻(或非对立)配合表面18a和18b上接纳一个插针(如接地插针17)。“L”形的每个部分具有屏蔽突片80a，80b，以提供电磁屏蔽。突片80a具有与插针17接合的接触点70。最好是，接触点70位于突片80a的局部小表面上。突片80b具有接触点72，它在从突片80b余下部分悬伸出的部分81上。与突片80a一样，接触点72位于突片80b的局部小表面上。触头57的中间区具有弯角区82。触头57的固定区或后端区具有接线端83，用于装到线路板上。
如图7B和7C所示，部分81在突片80b的余下部分之下延伸。部分81从突片80b余下部分向下弯曲，使接触点72与插针17对准。由于插入插针17，部分81可朝着突片80b的余下部分沿侧向挠曲。图7B清楚地说明了触头57与插针17非对立侧面的接合。
现来说明模件101的装配。图8A是本发明一对典型信号插座触头行的透视图。在这种差异信号对的布局中，各相邻行一般相互成镜面映象方式。每个信号插座触头基本上相似于图6A所示的触头55。接线端53和直角区54在尺寸上有变化，以便适当地配合在壳体中，如下所述。
图8B是在把壳体110从外面模制于触头55的中间区54和一部分接线端53周围之后，图7A触头行的透视图。壳体110最好是采用如高温热塑性塑料来模制。壳体110包括凹槽120，以后可把接地插座触头57放入其中，如图9A所示。外模制过程还可产生凸肋111和对准支柱113。
前壳体100具有开口103，它们接纳从后面来的信号触头55和从前面来的插针15。前壳体还可以具有与壳体150中相应槽接合的凸肋105。前壳体100最好是单独模制(即不环绕着触头55作外模制)，并且用于使各信号触头55和各插针15相互隔离，并且与接地触头57和插针17相隔离。前壳体100有助于把模件对准插入插座壳体150中，并且在运输时保护触头。壳体100最好采用如高温热塑性塑料来模制。可以在外模制步骤之前、之中或之后把壳体放在触头55上。
一旦壳体110环绕触头55作了外模制，以及壳体100放在触头55之上，就可把接地触头57放在100，110上。把接地触头57的相应区域插入壳体110的槽120中。接地触头57的前区包围着壳体100的相应区域，因为它们具有互补的边缘。壳体100，110和触头55，57组合形成一个完整的模件，如图9A所示。各个模件并排放置并插入壳体150中，形成了一个插座。
图9B显示了完整模件101的细节。连接器模件的触头的许多行和列可以有规则地设置成相隔紧密的阵列。优选的节距是2mm，最好是一列信号触头插在两列相邻放置的接地触头之间。每个信号插针15被它的连接器模件中的接地插座触头57，以及相邻模件中的接地插座触头所屏蔽。应该注意到，可以排列成任意数目连接器模件的阵列。相互依次放置如图9A所说明的许多对触头行，如图9C所示。
图9D是相邻模件101的几对典型接地触头57行的透视图，具有相应的典型接地插针。插针相似于图3所示的接地插针17。配合梁18在两个相邻接地触头57(每一个来自相邻的模件)之间插入插座中。配合梁18与以下四个位置上与触头相接触：两个相邻触头上的接触点70，72。在配合梁18对立的两侧面，配合梁18在位置72上与每个触头相接触，以及在配合梁18的底部，配合梁18在位置70上与每个触头相接触。
图9E和9F是本发明一对典型插孔连接器元件的透视图(为了清楚起见，去除了壳体100，110)，每一个包括一个信号插座触头和一个接地插座触头，并具有相应的插针。图9E和9F把图6A和6B一对信号插座触头55与图7A-7C一对接地插座触头57相组合。还分别表示了图3和4的插针17和15。
对于信号插针触头55，接触点45和47配合在最好具有矩形截面的信号插针15的相邻(或非对立)侧面22和24上，而不在信号插针15的对立两侧。对于接地插座触头57，接触点70和72配合在接地插针17的相邻(或非对立)侧面18a和18b上。这种配合方案提供了更多空间来用接地包围信号。这给出了在密集区中的电隔离。
如1997年10月1日提出的美国专利申请系列号08/942,084(代理文档号EL-4491/BERG-2422)和1998年3月20日提出的美国专利申请系列号09/045,660(代理文档号EL-4491/BERG-2433)中所述，连接器提供了平衡的反力。如图10的成对差异信号布局的力图所示，每个成对差异信号(如成对差异信号305)包括一对接地插座触头(如触头571和572)和一对信号插座触头(如触头551和552)。对于成对差异信号305，如上所述，每个接地触头57与接地插针接触，由此产生了由水平方向矢量FH1和FH2，以及垂直方向矢量FV1和FV2表示的一组力。在邻近的成对差异信号中，例如在成对差异信号300中，接地触头573接触了也被邻近模件101中相邻触头571接合的接地插针。触头573产生了分别由水平和垂直方向矢量FH3和FV3表示的一组力。相似地，在邻近的成对差异信号310中，接地触头574接触了也被邻近模件101中相邻触头572接合的接地插针。触头574产生了分别由水平和垂直方向矢量FH4和FV4表示的一组力。作用在连接器模件上的力产生了用FD1，FD2，FD3和FD4表示的合力，它们沿着合力方向，最好是沿着相应接地触头的对角线方向。
其它的力由信号插针上的信号插座触头(如在成对差异信号305中的触头551和552)所产生，由此对于成对差异信号305，产生由水平方向FH5和FH6和垂直方向FV5和FV6表示的一组力。这些力作用在连接器模件上，产生了由矢量FD5和FD6表示的合力，它们沿着合力方向，最好是沿着相应信号触头的对角线方向。
最好是，对于成对差异信号305，矢量FD1和FD5处于对立着的对角线方向，并且它们具有相同的大小，矢量FD2和FD6最好也一样，因此相互偏置并最终平衡了连接器。因此，在成对差异信号中，采用与接地和信号插针结合的接地和信号触头，本发明平衡了各个力。在连接器的其它成对差异信号中，可产生相似的矢量平衡。
本发明容许以更紧凑方式，在触头接合区内实现充分的电隔离。另外，本发明沿对角线方向保持了充分隔离。
应注意到，虽然所说明实施例的接地插针和信号插针大致为方形截面，但本发明并不限于这种情形。也可设想采用其它形状，如矩形和圆形。
应注意到，虽然所说明实施例的插孔连接器设有直角区，但本发明并不限于这种情形。例如，本发明可用于具有直线型接地触头和直线型信号触头的插孔连接器(图中未示)，而没有直角区。
虽然这里参照某些具体实施例作了说明和描述，尽管如此，本发明并不想限于所说明的细节。相反，在与权利要求相当的范围内，可以详细地作出各种修改，而不偏离本发明。

Claims (12)

1.一种电连接器系统，它包括：
一个具有许多插针的插头；以及
一个插座，插座包括接地插座触头和信号插座触头，接地触头至少与一个上述插针的非对立配合面接触，信号插座触头与其它上述插针接触。
2.权利要求1的连接器系统，其中，上述接地插座触头具有L形截面，L形的每一侧具有一个接触点，用于接触至少一个上述插针的相应配合面。
3.权利要求1的连接器系统，其中，上述接地插座触头和上述信号插座触头一般是90度偏置的双梁触头。
4.权利要求1的连接器系统，其中，上述信号插座触头与上述插针的非对立侧面接合。
5.权利要求1的连接器系统，还包括第二接地插座触头，上述第一和第二接地插座触头以成对差异信号的布局部分地设置在模件中，上述第二接地插座触头还部分地设置在相邻模件中，上述第二接地插座触头设置成与上述第一接地插座触头成镜像关系。
6.权利要求1的连接器系统，其中，上述第一接地插座触头接合了与相邻模件中第二接地插座触头的同一个插针。
7.权利要求1的连接器系统，其中，上述接地和信号插座触头接合相关的插针而产生一个不平衡力，上述不平衡力被邻近接地和信号插座触头产生的另一个不平衡力所抵消，提供了一个平衡的连接器系统。
8.一个接合相配合触头的触头，它包括：
在触头第一端上用于相配合触头的配合区，上述配合区具有L形截面，L形的每个侧面具有一个接触点，用于与相配合触头的相应配合面接触；
与上述配合区对着的接线区；以及
在上述配合区和上述接线区之间延伸的中间区。
9.权利要求8的触头，其中，至少一个上述接触点设置在上述侧面的局部小表面上。
10.权利要求9的触头，其中，另一个上述接触点设置在从上述另一侧面悬伸的区域上。
11.权利要求10的触头，其中，上述悬伸区在上述侧面其余部分之下延伸。
12.一个电连接器包括：
一个插头，它具有基本上为矩形的信号插针第一阵列和基本上为矩形的接地插针第二阵列，上述第一和第二阵列沿对角线方向相互偏置；
一个插座，它包括基本上为矩形的信号插座触头第三阵列(设置成与信号插针的第一阵列配合)和基本上为矩形的接地插座触头第四阵列(设成与接地插针的第二阵列配合)，上述第三和第四阵列沿对角线方向相互偏置；
每个信号插座触头具有一个L形截面；以及
每个接地插座触头具有一个L形截面，L形的每个侧面具有一个接触点，至少与相应接地插针的相应配合面的两个相邻配合面相接触，上述侧面之一一般是平面。
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